Un certain nombre de travaux met en évidence que les hautes performances des revêtements obtenus par projection thermique et intégrés dans des tribosystèmes sont inhérentes, d’une part, à la physico-chimie des revêtements, d’autre part, à leurs propriétés mécaniques.
• C’est principalement pour mieux comprendre et mieux appréhender ces deux aspects conditionnés par le mode de construction du dépôt que le LERMPS – Laboratoire d’Etudes et de Recherches sur les matériaux et les Propriétés de Surface – de l’Université de Technologie Belfort-Montbéliard s’intéresse à l’évaluation des performances des revêtements qu’il développe.
• L’accent est mis sur la caractérisation des propriétés d’usage des produits obtenus par projection thermique. En règle générale, lorsqu’un revêtement est soumis à des phénomènes d’usure il subit une transformation microstructurale à l’endroit même du contact, appelé zone transformée tribologiquement. Cette transformation dépend de la composition du matériau constitutif du revêtement. Dans le même temps, le dépôt subit en subsurface une dégradation de type fatigue qui se caractérise par l’initiation et la propagation de fissures interlamellaires. Dans la plupart des cas, ces fissures débouchent à la surface du revêtement et conduisent à la formation de débris d’usure.
• Pour limiter cette fissuration interlamellaire, il convient d’intervenir sur la cohésion entre les particules qui se superposent les unes sur les autres pendant la projection. Il ne s’agit plus d’assurer un accrochage mécanique entre chaque particule, mais de favoriser des phénomènes d’adhésion entre ces lamelles. Pour ce faire, les matériaux projetés doivent se combiner en couches d’interdiffusion ou former des composés mixtes constitués de l’un et de l’autre des éléments des particules mitoyennes.
• Dans ce but, il est possible, par exemple, d’intervenir sur le choix des paramètres ou du procédé de projection. Cette possibilité est utilisée par exemple, dans l’élaboration du cermet WC/Co courant en aéronautique. Il a été prouvé que les conditions de projection mises en oeuvre avec le procédé HVOF (High Velocity Oxygen Fuel) étaient plus favorables à la cohésion du cermet que celles du procédé APS (Atmospheric Plasma Spraying) dont la température trop élevée entraîne une décarburation du cermet et le rend trop fragile.
• Le choix de la poudre est aussi déterminant pour la cohésion. Des études sur la projection de Al2O3/TiO2 montrent que pour des applications tribologiques il est préférable d’avoir recours à une poudre de type agglomérée densifiée plutôt qu’à une poudre fondue broyée : la poudre de type agglomérée densifiée, qui agglomère sous forme sphérique les particules d’alumine et de rutile de petites tailles (2 à 3 mm), favorise la formation de composés de type Al2TiO5 qui assurent la liaison interlamellaire dans le revêtement.
• Il est possible de multiplier les exemples en se référant à d’autres paramètres comme le préchauffage qui modifie la tension de surface préalablement à l’impact des particules et l’état des contraintes dans le revêtement.
• Outre ces aspects physico-chimiques, il convient de tenir compte des propriétés mécaniques des revêtements. La microdureté, la ténacité et les contraintes internes sont essentielles et doivent être prises en compte simultanément. La microdureté d’un revêtement destiné à des applications tribologiques ne doit pas conduire à un revêtement trop fragile. Il conviendra donc d’intervenir sur la ténacité du matériau. En outre, l’état de contrainte du revêtement favorise, ou non, la propagation des fissures inhérentes aux sollicitations mécaniques du revêtement. Là aussi, l’influence des paramètres de projection est déterminante. Le refroidissement cryogénique mis en oeuvre pendant la projection de l’Al2O3/TiO2 contribue aussi à faire chuter l’état de contrainte dans le revêtement, ce qui, combiné au composé Al2TiO5 décrit ci-dessus, améliore considérablement les performances des revêtements.
• Cette expertise et cette mise en évidence de l’influence des paramètres sur les propriétés tribologiques des revêtements ont permis un certain nombre d’améliorations de tribosystèmes existants, mettant en oeuvre, par exemple, du Mo/NiCrBSi, du WC/Co ou de Al2O3/TiO2. Les travaux de recherche ont aussi permis l’élaboration de nouveaux matériaux destinés à des tribosystèmes non lubrifiés dont l’originalité consiste a intégrer un lubrifiant solide dans le revêtement.
Bernard Normand
LERMPS – UTBM Sévenans
Institut des Traitements de Surface de Franche-Comté
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